8.1 Модуляція і інтенсивність світла

Модуляція – закономірна зміна вибраного параметра світлового потоку. У світловіддалемірах модулюють інтенсивність світлового випромінювання , або форму еліпса поляризації. Інтенсивність світла – це середня в часі густина світлового потоку. Вона прямо пропорційна до квадрата амплітуди електромагнітних коливань. Тому, модуляцію інтенсивності світла можна вважати різновидністю амплітудної модуляції. До модуляції світла у світловіддалемірі ставлять декілька вимог: по–перше, в зв’язку з тим, що модулюючі коливання є вимірювальними , закон модуляції світла повинен бути гармонійним або близьким до нього. По друге, частота модуляції світла повинна бути більшою або дорівнювати 10 мГц. По третє, потрібно мати можливість без складних перетворювань змінити плавно або дискретно частоту модуляції світла. Інші два способи модуляції світла - внутрішня і зовнішня. Внутрішньою модуляцією називається такий спосіб, при якому періодичні зміни параметра світлового променя відбуваються безпосередньо в джерелі світла під впливом зміни напруги його живлення. Цим способом найпростіше модулювати інтенсивність випромінювання. Внутрішня модуляція можлива в газорозрядних лампах, НПЛ і світлодіодах. Найпростіше її здійснювати в двох останніх джерелах завдяки тому, що між інтенсивністю випромінювання і силою струму, який проходить через них, існує практично лінійна залежність. Для отримання модульованого за інтенсивністю випромінювання через напівпровідник пропускають крім постійного струму І₀ ще змінний струм.

Інтенсивність випромінювання:

(8.1)

(8.2)

(8.3)

К- коефіцієнт пропорційності , залежить від властивостей світлодіода чи лазера:

- постійна складова інтенсивності;

(8.4)

(8.5)

- амплітуда змішаної складової , яка у відалемірі з’являється під впливом вимірювальних коливань.

і – сумарний струм.

8.2 Два способи модуляції світла

Таким чином, при живленні НПЛ чи світлодіода постійним і змінним струмом отримаємо гармонічний закон модуляції. Частота і фаза модуляції інтенсивності дорівнює частоті і фазі вимірювальних коливань. Зміна струму на світловіддалемірі чи НПЛ приводить до миттєвої зміни інтенсивності вимірювання, тобто можна вважати, що в них відсутня інерційність. Завдяки цьому, в цих джерелах світла можна модулювати інтенсивність випромінювання на дуже високих частотах (до декількох гГц). Цей спосіб модуляції використовується в топографічних віддалемірах. При зовнішній модуляції джерело світла дає постійний світловий потік, а його модуляція здійснюється під впливом вимірювальної напруги в окремому пристрої, крізь який проходить світловий потік. Цей пристрій називається модулятором. Таким способом модулюють світло в сучасних віддалемірах з газовими лазерами. Його використовують також тоді, коли джерелами світла служили лампи розпарювання та газорозрядні лампи. Модулятори світла у віддалемірах мають відповідати вимогам, про які говорилося вище. Крім цього вони повинні бути простими , мати малу масу та мінімальну потужність живлення, приведення їх до робочого стану не повинно викликати труднощів. На їх роботу не повинні впливати зміни метеорологічних умов. Бажано , щоб їх прозорість була високою, щоб забезпечити мінімальні втрати світлової енергії. На жаль, модулятора, який задовольняє всім вимогам не має. Модулятори світла поділяються на 3 класи:

1. Механічні (найбільш прості);

2. Фізико-оптичні;

3. Електрооптичні.